Tecnologia ad ultrasuoni Hielscher

Estrazione ultrasonica dell'astaxantina per rese più elevate

  • L'astaxantina è un potente antiossidante utilizzato in prodotti farmaceutici e integratori alimentari.
  • Per produrre astaxantina di alta qualità da fonti naturali come le alghe, è necessaria una tecnica di estrazione ad alte prestazioni.
  • L'estrazione ad ultrasuoni è un trattamento meccanico, che fornisce elevate rese di astaxantina in un tempo di estrazione molto breve.

Ultrasuoni ad alte prestazioni per l'astaxantina di alta qualità

Estrazione ultrasonica dell'astaxantina da microalghe

Astaxantina per gli integratori alimentari, che vengono consumati dagli esseri umani e dagli animali per i loro benefici per la salute, l'astaxantina è ottenuta da frutti di mare o estratta dalle alghe H. pluvialis. Haematococcus pluvialis è una microalga verde, che produce un elevato contenuto di astaxantina quando si applicano condizioni di stress, ad esempio elevata salinità, carenza di azoto, alta temperatura e luce. Con un contenuto di astaxantina naturale fino a 9,2mg/g per cellula algale (= fino al 3,8% sul peso secco di H. pluvialis), l'Haematococcus pluvialis accumula un contenuto molto elevato di astaxantina naturale ed è quindi l'organismo preferito per la produzione di astaxantina.
Per rilasciare astaxantina da microalghe verdi, le cellule algali devono essere interrotte. L'ultrasonicazione è ben nota per la distruzione cellulare, la lisi e l'isolamento di composti bioattivi come lipidi, antiossidanti, polifenoli e pigmenti naturali. Gli ultrasuoni ad alte prestazioni creano forze puramente meccaniche che perturbano le pareti cellulari con forze di taglio e causano il rilascio di sostanze bioattive come l'astaxantina.

Estrazione ultrasonica dell'Astaxantina dal lievito

UIP4000hdT 4kW potente processore ad ultrasuoni per l'estrazionePhaffia rhodozyma è un lievito ricco di astaxantina. Tuttavia, la parete cellulare spessa di P. rhodozyma, che è composta principalmente da glucano e responsabile della rigidità cellulare, rende la distruzione cellulare e l'isolamento dell'astaxantina un compito impegnativo. Ricercatori (Gogate et al. 2015) hanno scoperto che l'estrazione ad ultrasuoni in combinazione con l'acido lattico intensifica la distruzione cellulare e rende l'estrazione dell'astaxantina da P. rhodozyma un processo più verde e rispettoso dell'ambiente. Hanno usato l'acido lattico come mezzo di rottura e l'etanolo come solvente per l'estrazione. La resa massima di astaxantina (90%) è stata ottenuta per l'approccio di estrazione assistita da ultrasuoni basato sull'uso di acido lattico 3 M, tempo di interruzione di 15 min. Potenti processori ad ultrasuoni come il UIP4000hdT (4kW, vedi fig. a sinistra) in combinazione con un reattore a flusso passante pressurizzabile consentono la generazione di cavitazione molto intensa. Le forze di taglio cavitazionale perturbano le pareti cellulari del lievito e favoriscono il trasferimento di massa tra l'interno della cella e il solvente.

Vantaggi dell'estrazione dell'astaxantina ad ultrasuoni

  • Rendimento superiore
  • Estrazione ad alta velocità – in pochi minuti
  • Estratti di alta qualità – Leggero, non termico
  • Solventi verdi (ad es. acqua/etanolo)
  • Economico
  • Funzionamento facile e sicuro
  • Bassi costi di investimento e operativi
  • Funzionamento 24/7 in condizioni gravose
  • Metodo verde ed ecologico

Estrazione ultrasonica dell'astaxantina – in modalità Batch o a flusso continuo

UP400St agitato 8L setup di estrazione 8LL'astaxantina è un composto lipofilo e può essere disciolto in solventi (ad es. etanolo al 48,0% in acetato di etile) e oli (ad es. olio di soia).
Lotto: I processi di estrazione ad ultrasuoni possono essere utilizzati come semplici processi batch o come trattamento in linea, in cui il fluido viene continuamente alimentato attraverso un reattore a flusso ultrasonico.
L'elaborazione in lotti è una procedura semplice, in cui l'estrazione viene eseguita lotto per lotto. Hielscher Ultrasonics offre processori ad ultrasuoni per piccoli e grandi lotti, da 1L a 120L.
Per la lavorazione di lotti da 5 a 10L, si consiglia l'utilizzo di UP400St con sonotrodo S24d22L2D (vedi foto a sinistra).
Per la lavorazione di lotti di ca. 120L, si consiglia il UIP2000hdT con sonotrodo RS4d40L4 (vedi foto in alto a destra).

Un flusso continuo: Per volumi maggiori e per l'estrazione commerciale su larga scala, un flusso continuo di liquido viene alimentato attraverso un reattore ad ultrasuoni, dove il solvente/slurry botanico è intensamente sonicato.
Per un volume di ca. 8L/min. si consiglia di utilizzare il sistema di controllo del volume. UIP4000hdT con sonotrodo RS4d40L3 e cella di flusso pressurizzabile FC130L4-3G0

Estrazione ad ultrasuoni con sistema 2kW UIP2000hdT

UIP2000hdT (2kW) per l'estrazione di lotti su larga scala

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Ultrasuoni ad alte prestazioni per l'estrazione

Hielscher Ultrasonics è specializzata nella produzione di processori ad ultrasuoni ad alte prestazioni per la produzione di estratti vegetali di alta qualità.
L'ampia gamma di prodotti Hielscher spazia dai piccoli e potenti ultrasuoni da laboratorio ai robusti sistemi da banco e completamente industriali, che forniscono ultrasuoni ad alta intensità per l'estrazione efficiente e l'isolamento di componenti bioattivi (ad es. quercetina, caffeina, curcumina, terpeni ecc.). Tutti i dispositivi a ultrasuoni di 200W a 16,000W dispongono di un display a colori per il controllo digitale, una scheda SD integrata per la registrazione automatica dei dati, il controllo remoto del browser e molte altre funzioni di facile utilizzo. I sonotrodi e le celle a flusso (le parti a contatto con il fluido) possono essere sterilizzati in autoclave e sono facili da pulire. Tutti i nostri ultrasuoni sono costruiti per funzionare 24/7, richiedono poca manutenzione e sono facili e sicuri da usare.
Colored touch display of the new hdT series of Hielscher's industrial ultrasonicatorsUn display digitale a colori consente di controllare in modo semplice e intuitivo le apparecchiature a ultrasuoni. I nostri sistemi sono in grado di fornire da basse fino ad ampiezze molto elevate. Per l'estrazione di composti chimici come l'astaxantina, offriamo speciali sonotrodi ad ultrasuoni (noti anche come sonde ad ultrasuoni o corni) che sono ottimizzati per l'isolamento sensibile di sostanze attive di alta qualità. Le speciali sonotrodi di Hielscher per alte ampiezze in combinazione con le celle a flusso pressurizzabili generano forze di taglio cavitazionale estreme, che disturbano anche le cellule di lievito molto robuste. La robustezza delle apparecchiature ad ultrasuoni Hielscher consente un funzionamento 24/7 in ambienti gravosi e impegnativi.
Il controllo preciso dei parametri di processo ad ultrasuoni garantisce la riproducibilità e la standardizzazione del processo. I sistemi di estrazione a ultrasuoni automatizzati su scala industriale di Hielscher sono progettati per ottenere elevate capacità di produzione di estratti di qualità superiore, riducendo allo stesso tempo la manodopera, i costi e l'energia.

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Hielscher Ultrasonics produce ultrasuoni ad alte prestazioni per applicazioni geochimiche.

Processori ad ultrasuoni ad alta potenza da laboratorio a scala pilota e industriale.

Letteratura/riferimenti

  • Gogate et al. (2015): Intensificazione dell'estrazione di Astaxantina da Phaffia rhodozyma. Indian Chemical Engineer 2015, 57:3-4, 240-255.
  • Zou et al. (2013): Metodologia della superficie di risposta per l'estrazione ultrasonica dell'astaxantina da Haematococcus pluvialis. Marine Droghe 2013, 11, 1644-1655.


Particolarità / Cose da sapere

Estrazione del suono

L'estrazione ad ultrasuoni o estrazione del suono si basa sul principio della cavitazione acustica.
Quando si applicano onde ultrasoniche intense ai sistemi liquidi, si verifica la cavitazione acustica, che è il fenomeno della generazione, crescita ed eventuale collasso delle bolle di vuoto (vedi figura sotto). Durante la propagazione delle onde ultrasoniche, le bolle del vuoto oscillano e crescono fino a raggiungere un punto in cui non possono assorbire più energia. All'apice della crescita delle bolle crollano violentemente, causando effetti termici, meccanici e chimici a livello locale. Gli effetti meccanici includono alte pressioni fino a 1000atm, turbolenze e intense forze di taglio. Queste forze distruggono le pareti cellulari e favoriscono il trasferimento di massa tra l'interno della cella e il solvente che rilascia composti bioattivi nel liquido circostante (cioè il solvente).

La cavitazione ultrasonica / acustica crea forze molto intense che aprono le pareti cellulari note come lisi (clicca per ingrandire!).

L'estrazione ad ultrasuoni si basa sulla cavitazione acustica e le sue forze di taglio idrodinamiche.

L'estrazione ad ultrasuoni di composti da tessuti vegetali e cellulari è stata ben studiata. L'applicazione di onde ultrasoniche ad alta intensità promuove in modo significativo i processi di estrazione. Oltre all'intensificazione del processo – che si traduce in rendimenti più elevati e tempi di estrazione più brevi – la degradazione termica e la perdita di componenti sensibili alla temperatura è prevenuta in quanto la sonicazione non è un trattamento termico. Inoltre, l'estrazione ad ultrasuoni ha bassi costi di investimento e di esercizio, riduce l'uso di solventi e/o consente l'uso di solventi più verdi, il che la rende una tecnica di estrazione economica e rispettosa dell'ambiente. Superando i metodi di estrazione convenzionali, l'estrazione assistita da ultrasuoni (UAE) è stata adottata dall'industria alimentare per produrre composti bioattivi con vantaggi economici.

I perturbatori a ultrasuoni sono utilizzati per l'estrazione da fonti di fitofarmaci (ad esempio piante, alghe, funghi).

Estrazione ultrasonica da cellule vegetali: la sezione trasversale microscopica (TS) mostra il meccanismo delle azioni durante l'estrazione ultrasonica dalle cellule (ingrandimento 2000x) [risorsa: Vilkhu et al. 2011].

Astaxantina

L'astaxantina è caratterizzata da un colore rosso intenso. Si tratta di un pigmento liposolubile che si trova nelle alghe (ad esempio Haematococcus pluvialis, Chlorella zofingiensis, Chlorococcum), lievito (ad esempio Phaffia rhodozyma), salmone, trota, krill, gamberi e gamberi di fiume. L'astaxantina è considerata un super-antiossidante poiché la sua potenza antiossidante è da dieci a venti volte più potente di molti altri carotenoidi, come il beta-carotene, la luteina e la zeaxantina, e cento volte più potente dell'alfa-tocoferolo (vitamina E).
L'astaxantina (3,3′-diidrossi-β, β′-carotene-4,4′-dione) è un chetocarotenoide e appartiene a una classe più ampia di composti chimici noti come terpeni (come tetraterpenoide), che sono composti da cinque precursori del carbonio, isopentenil difosfato e dimetilallyl difosfato. L'astaxantina è classificata come un tipo di composti carotenoidi con componenti contenenti ossigeno, vale a dire idrossile (-OH) o chetone (C=O), come la zeaxantina e la cantaxantina. L'astaxantina è un metabolita della zeaxantina e/o cantaxantina, contenente sia gruppi funzionali idrossile e chetone. Come molti carotenoidi, l'astaxantina è un pigmento liposolubile e si distingue per il suo colore rosso. I carotenoidi, compresa l'astaxantina, sono ben noti per la loro capacità antiossidante.
L'astaxantina è un pigmento rosso e ha origine naturale nella microalga dell'acqua piovana (Haematococcus pluvialis) e nel lievito chiamato Xanthophyllomyces dendrorhous (noto anche come Phaffia rhodozyma). Le alghe subiscono uno o una combinazione di condizioni che vanno dalla mancanza di sostanze nutritive, l'aumento della salinità e l'eccessiva insolazione per creare l'Astaxantina. Le specie che consumano le microalghe d'acqua dolce stressate, come il salmone, la trota rossa, l'orata, il fenicottero, i crostacei (ad esempio gamberetti, krill, granchio, aragosta, gamberi), riflettono la pigmentazione delle tonalità rosso-arancio nel loro aspetto.
Come supplemento, l'astaxantina viene somministrata per i suoi effetti di promozione della salute e di trattamento delle malattie. L'astaxantina è un nutraceutico ben consolidato somministrato per migliorare la salute della pelle (ad esempio, ridurre le rughe, danni da scottature solari, ecc.)
Inoltre, l'astaxantina ottiene una crescente attenzione per il suo utilizzo per il trattamento del morbo di Alzheimer, il morbo di Parkinson, malattie cardiovascolari, colesterolo alto, malattie epatiche, degenerazione maculare legata all'età, e prevenire il cancro.